Предлагаемый вниманию читателей эхолот может быть использован для определения рельефа дна и измерения глубины водоемов, поиска затонувших предметов, а также нахождения наиболее перспективных мест для рыбной ловли. Прибор весьма прост в наладке, удобен в эксплуатации и не требует калибровки.

Эхолот предназначен для измерения глубины водоемов на четырех пределах: до 2,5; 5; 12,5 и 25 м. Минимальная измеряемая глубина - 0,3 м. Погрешность показаний не превышает 4 % верхнего значения на любом пределе измерения. В приборе предусмотрена временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ), позволяющая изменять коэффициент его усиления в течение каждого цикла измерений от минимального до максимального и, таким образом, повышающая помехоустойчивость. Необходимость ВАРУ вызвана тем, что любое излучение акустической энергии в воду приводит к интенсивной реверберации, т. е. многократному отражению ультразвукового сигнала от дна и поверхности воды. Поэтому на малых глубинах могут быть ложные срабатывания узла регистрации эхосигналов. Благодаря ВАРУ существенно улучшается работа прибора при измерении глубины в интервале 0,3...3 м.

В качестве индикатора в эхолоте используется линейная шкала глубины, состоящая из 26 светодиодов, на которой может индицироваться до четырех отраженных пределы измерения. Период обновления информации на индикаторе - около 0,1 с, что позволяет легко отслеживать рельеф дна при движении. Дополнительно повышает помехоустойчивость эхолота программный импульсный фильтр, защищающий его от случайных помех. При включенном фильтре на индикатор выводятся только те отраженные сигналы, значения которых за период измерения (0,1 с) изменились не более чем на 1/50 от включенного предела измерения. Питается прибор от шести элементов А316, причем его работоспособность сохраняется при снижении напряжения до 6 В. Потребляемый ток лежит в пределах 7...8 мА (без учета тока через светодиоды - по 10 мА на каждый горящий светодиод).

В эхолоте предусмотрена возможность оперативного переключения предела измерения, числа индицируемых отражений, а также регулировка эффективности ВАРУ. Импульсный фильтр при необходимости может быть отключен. Значения всех параметров могут сохраняться в памяти в режиме пониженного энергопотребления ("SLEEP"). В этом режиме потребляемый прибором ток составляет около 70 мкА, что практически не сказывается на сроке службы элементов питания.

Эхолот состоит из четырех функционально законченных узлов: генератора зондирующих импульсов, приемника, блока управления и блока индикации (рис. 1).

Эхолот

Принципиальная схема генератора зондирующих импульсов показана на рис. 2.

Эхолот

Задающий импульсный генератор собран на микросхеме DD1. Он генерирует импульсы частотой 600 кГц, которая затем делится на два триггером на микросхеме DD2. На микросхеме DD3 собран буферный каскад, согласующий триггер с усилителем мощности, выполненным по двухтактной схеме на составных транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1. С его вторичной обмотки электрические колебания частотой 300 кГц поступают на пьезокерамический излучатель - датчик BQ1 и в виде ультразвуковых посылок излучаются во внешнюю среду. Работа генератора разрешается при наличии уровня логического нуля на выводах 12, 13 микросхемы DD1 и 4, 6 микросхемы DD2.

Разрешающий импульс длительностью 50 мкс приходит на генератор в начале каждого цикла измерения с устройства управления (рис. 3). Все сигналы, необходимые для работы прибора, формируют однокристальный микроконтроллер DD1 (АТ89С2051). Машинные коды управляющей программы, размещенной во внутренней памяти программ микроконтроллера, приведены в таблице.

Эхолот

(нажмите для увеличения)

Контрольные суммы подсчитаны по алгоритму "Радио-86РК". На транзисторах VT1-VT4 выполнен стабилизатор на напряжение 5 В. Его характерные особенности - небольшой потребляемый ток - 25 мкА и малое падение напряжения на регулирующем транзисторе - менее 1 В. Транзистор VT5 отключает питание от приемника в режиме "SLEEP", что, как указывалось выше, снижает потребляемый ток.

Эхолот

Отраженный от дна импульсный сигнал принимается в промежутке между посылками излучателем-датчиком и подается на вход приемника (рис. 4), где усиливается трехкаскадным резонансным усилителем на транзисторах VT1, VT2, VT4-VT7, после чего детектируется диодами VD4, VD5. Триггер Шмитта на транзисторах VT8, VT9 формирует стандартные логические уровни. Диоды VD1, VD2 защищают вход приемника от перегрузки. Транзистор VT3 выполняет функции управляющего элемента ВАРУ, изменяющего в широких пределах коэффициент усиления каскада на транзисторах VT1, VT2.

Эхолот

Форма управляющего напряжения на конденсаторе С1 при максимальной эффективности ВАРУ показана на рис. 5.

Эхолот

Длительность зарядки конденсатора определяется постоянной времени цепи R2C1, а нижний уровень напряжения - сопротивлением резистора R4 и длительностью разрядного импульса с устройства управления, которая может изменяться от 0 до 1,25 мс. Соответственно изменяется и эффективность ВАРУ, что позволяет оперативно корректировать чувствительность эхолота для конкретных условий работы. С коллектора VT9 сформированный отраженный импульс подается на вывод Р3.2 микроконтроллера DD1 устройства управления для дальнейшей обработки.

Схема узла индикации показана на рис. 6. Он представляет собой 32-разрядный сдвиговый регистр на четырех микросхемах DD1-DD4 (К561ИР2) с эмиттерными повторителями на выходе.

Эхолот

Резисторы R1-R30 задают ток 10 мА через светодиоды HL1-HL30. При таком токе индикатор хорошо виден в любую погоду. Последние два разряда микросхемы DD4 не используются. Светодиоды HL1-HL26 образуют основную шкалу индикатора, а HL27-HL30 индицируют предел измерения, число индицируемых отражений и включение импульсного фильтра помех. Их размещение на передней панели показано на рис. 7.

Эхолот

Кнопки SB1-SB4 (см. рис. 1) также выведены на переднюю панель, с их помощью оперативно изменяют режимы работы эхолота.

Конструкцию ультразвукового излучателя-датчика поясняет рис. 8. Он представляет собой круглую пластину 1 диаметром 31 и толщиной 6 мм из пьезокерамики ЦТС-19 с резонансной частотой 300 кГц. К посеребренным плоскостям пластины сплавом Вуда припаивают по три отрезка провода МГТФ-0,1. Места паек должны находиться у края пластины и располагаться по ее окружности равномерно.

Эхолот

Датчик собирают в алюминиевом стакане 3 от оксидного конденсатора диаметром около 40 и длиной 30...40 мм. В центре дна стакана сверлят отверстие под штуцер 5, через который входит гибкий коаксиальный кабель 6 длиной 1...2,5 м, соединяющий датчик с эхолотом. Пластину датчика приклеивают к диску из мягкой микропористой резины 2 толщиной 5...10 мм и диаметром, равным диаметру пластины. Припаянные к пьезоэлементу выводы собирают в жгут так, чтобы его ось совпадала с осью пьезоэлемента.

При монтаже оплетку кабеля припаивают к штуцеру, центральный проводник - к выводам обкладки датчика, приклеенной к резиновому диску, выводы другой обкладки - к оплетке кабеля. Технологические стойки 4 фиксируют положение пластины таким образом, чтобы ее поверхность была углублена в стакан на 2 мм ниже его кромки. Стакан закрепляют строго вертикально и заливают до края эпоксидной смолой. При этом нужно следить, чтобы в ней не было воздушных пузырьков.

В эхолоте использованы широко распространенные детали. Катушка L1 генератора намотана на каркасе диаметром 5 мм с подстроечником 1000НН. Она содержит 110 витков провода ПЭВ 0,12. Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом магнитопроводе К16х8х6 мм из феррита М1000НМ. Первичная обмотка намотана в два провода и содержит 2х20, вторичная - 150 витков провода ПЭВ 0,21. Между обмотками проложен слой лакоткани. Катушки приемника намотаны на каркасах от контуров ПЧ (465 кГц) карманных приемников. Контурные катушки L1, L3, L5 содержат по 90, а катушки связи L2 и L4 - по 10 витков провода ПЭВ 0,12. Можно использовать и готовые контуры ПЧ от карманных приемников 70 - 80-х годов, подобрав конденсаторы для получения резонансной частоты 300 кГц.

Конденсаторы С1, С2 генератора и С5, С9, С13 приемника должны иметь малый ТКЕ (не хуже М75), подойдут, например, конденсаторы КСО-Г, КМ-5, КМ-6. Конденсатор С1 приемника - К73-17. Светодиоды индикатора HL1-HL30 красного свечения прямоугольной формы, например КИПМ01Б-1К. Полевые транзисторы VT2, VT4 стабилизатора (см. рис. 3) - КП303, КП307 с любым буквенным индексом, но с напряжением отсечки не более 2 В. Микроконтроллер АТ89С2051 можно заменить на АТ89С51 или 87С51. При этом необходимо учесть различия в нумерации выводов. Отечественным аналогом 87С51 является КР1830ВЕ751. Применение микроконтроллера КР1830ВЕ31 с внешней памятью программ нецелесообразно, так как это существенно увеличит потребляемый ток и габариты прибора. Подробно ознакомиться с внутренней структурой и системой команд микроконтроллера можно в [1]. К остальным деталям особых требований не предъявляется.

Все блоки эхолота могут быть смонтированы на одной или нескольких печатных платах, размеры и конфигурация которых определяются размерами имеющегося в наличии корпуса, а также применяемыми деталями. Приемник желательно смонтировать на отдельной плате "в линейку" и разместить в корпусе по возможности дальше от устройства управления. Для уменьшения нагрева прямыми солнечными лучами корпус должен быть светлым.

Налаживание эхолота начинают с установки на выходе стабилизатора устройства управления напряжения +5 В. Делают это с помощью резистора R5. При этом микросхему DD1 следует вынуть из панельки. После установки микроконтроллера на место необходимо убедиться в работоспособности устройства управления и узла индикации.

После включения питания на индикаторе должен светиться один из светодиодов дополнительной шкалы (HL27-HL30), индицирующий предел измерения. Нажимая на кнопки SB2 "Вверх" и SB3 "Вниз", можно переключать пределы измерения. Однократное нажатие на кнопку SB4 "Выбор" переключает прибор в режим установки числа индицируемых отражений. Аналогично, нажимая на кнопки SB2 и SB3, можно изменять это число от 1 до 4, что индицируется мигающим светодиодом на шкале пределов. При следующем нажатии на кнопку SB4 включается режим установки степени ВАРУ, которая также регулируется кнопками SB2 или SB3 и индицируется мигающим светодиодом на основной шкале глубины. Нажав на кнопку SB4 еще раз, можно выключить или включить импульсный фильтр помех также с помощью кнопок SB2 и SB3 соответственно. Наконец, четвертое нажатие на кнопку SB4 возвращает прибор в основной режим переключения пределов.

Во всех режимах на индикаторе глубины будут индицироваться отраженные импульсы (если они есть), причем, если глубина больше установленного предела, в основном режиме будет мигать последний светодиод индикатора глубины - HL26. Для запоминания выбранных режимов следует нажать и удерживать кнопку SB4 в течение примерно 2 с. После этого индикатор гаснет и прибор переходит в режим пониженного энергопотребления "SLEEP". Выход из этого режима происходит при нажатии кнопки SB1 "Сброс". Однако, если нажать SB1 в рабочем режиме, произойдет сброс всех параметров в исходное, записанное в ПЗУ состояние.

Убедившись в исправной работе микроконтроллера, переходят к наладке генератора зондирующих импульсов. Вначале необходимо с помощью осциллографа убедиться в наличии отрицательного импульса длительностью 50 мкс с периодом 100 мс на выводе Р1.0 микроконтроллера. Затем осциллограф подключают параллельно излучателю-датчику и наблюдают формируемые зондирующие импульсы. Их амплитуда может достигать 100 В. Опустив излучатель в сосуд с водой глубиной не менее 40 см, можно наблюдать и отраженные импульсы. Вращая подстроечник катушки L1, следует настроить генератор на резонансную частоту излучателя, ориентируясь по максимальной амплитуде отраженных импульсов. Амплитуда первого из них может достигать 5...10 В. Амплитуда же зондирующего импульса практически не зависит от частоты.

Налаживание приемника начинают с установки режимов транзисторов по постоянному току в соответствии с указанными на принципиальной схеме.

Эту операцию следует проводить при вынутом из панельки микроконтроллере. При необходимости режимы можно подкорректировать резисторами делителей в базовой цепи транзисторов.

Затем необходимо настроить резонансные контуры на частоту генератора. Для этого находящийся в воздушной среде излучатель располагают на расстоянии 15...20 см от какого-либо препятствия и с помощью осциллографа настраивают контуры по максимальной амплитуде импульсов на коллекторах VT1, VT4, VT6. При этом необходимо учитывать, что диаграмма направленности излучателя в воздухе очень узкая.

По мере настройки следует повышать эффективность ВАРУ или увеличивать расстояние до препятствия, чтобы избежать ограничения сигнала. Окончательно контуры подстраивают, наблюдая сигнал после детектора в точке соединения элементов R21, C17, C18. Наконец, подключив осциллограф к коллектору транзистора VT9, подстроечным резистором R22 устанавливают порог срабатывания триггера Шмитта, добиваясь максимальной чувствительности и отсутствия ложных срабатываний. Чувствительность приемника - около 15 мкВ.

Работу ВАРУ контролируют, наблюдая форму напряжения на конденсаторе С1 приемника. При необходимости она может быть изменена подбором номиналов элементов R4 и C1.

С теорией и практикой измерения глубины водоемов ультразвуковым эхолотом можно ознакомиться в приводимой ниже литературе [2-7].

Литература

  • Однокристальные микро-ЭВМ. Справочник. - М.: МИКАП, 1994.
  • Подымов И. Эхолот спортсмена-подводника. - Радио, 1993, № 2, с. 7-9.
  • Войцехович В., Федорова В. Эхолот рыболова-любителя. - Радио, 1988, № 10, с. 32-36.
  • Тимофеев В. Эхолот: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 92, с. 23-41. - М.: ДОСААФ, 1986.
  • Владимиров А., Корлякова Л. Любительский эхолот "Поиск": Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 80, с. 47-57. - М.: ДОСААФ, 1983.
  • Бокитько В., Бокитько Д. Портативный эхолот. - Радио, 1981, № 10, с. 23-25.
  • Кравченко А. Транзисторный эхолот. - Радио, 1973, № 12, с. 15, 16.
  • Автор: И. Хлюпин, г.Долгопрудный Московской обл.

    В сухих районах или в период засухи в средней полосе нашей страны применяется искусственный полив посевов. Однако иногда возникает вопрос: каким образом можно быстро определить, на какую глубину проникла вода? И в этом случае окажет помощь звуковой генератор. Известно, что в зависимости от влажности почвы изменяется ее проводимость. Значит, по изменению электрического сопротивления слоя почвы на различной глубине можно определить ее влажность. Для этого в выходную цепь генератора или в цепь базы транзисторов подключают два датчика (см. рис. 1).

    Электронный измеритель влажности почвы
    Рис. 1. Измеритель влажности почвы - спутник археолога

    Датчики-щупы представляют собой стержни-трубки из изоляционного материала диаметром 15-20 мм. На поверхности стержней вдоль их осей жестко закреплены электроды. Эти электроды выполняются в виде тонкостенных латунных или медных трубок и закрепляются на стержнях на некотором расстоянии друг от друга. Каждый электрод щупа с помощью одного из проводов многожильного кабеля соединен с переключателем П1 измерительного звукового генератора. Переключатель позволяет подключать к генератору одну из пар электродов. При этом каждой паре электродов, а следовательно, и каждому положению 1-6 переключателя П1 соответствует определенная глубина слоя почвы.

    Вставив датчики в землю, как показано на рисунке, переключают электроды и по изменению громкости или частоты звука, слышимого в головных телефонах, делают вывод о глубине полива и влажности почвы. Для удобства определения глубины нахождения электрода в почве эти значения глубины можно отметить на шкале переключателя П1.

    Величина (датчика) щупов выбирается практически. Также практически, в зависимости от специфики измерений, выбирается количество электродов, определяется их длина и подбирается расстояние между щупами. Безусловно, наш прибор дает возможность делать лишь приблизительные выводы, однако после приобретения практических навыков определения будут более точными.

    Конструкцию прибора можно несколько усложнить, заменив головные телефоны чувствительным электрическим мостом со стрелочным прибором. Такой более точный прибор можно применить для строительно-изыскательских целей и во время археологических раскопок. Он поможет обнаружить крупные неоднородности или предметы, находящиеся в поверхностном слое грунта, так как такие предметы будут изменять сопротивление почвы на соответствующей им глубине залегания.

    Автор: Верхало Ю.Н.

    Наша электронная удочка предусматривает размещение источника питания и электропроводки в рукоятке. Это свело до минимума размеры удочки и ее вес. Применение переменного резистора дает возможность во время ужения придавать "кивку" различную частоту колебаний - от 50 до 300 в минуту.

    Применение реле типа РЭС-9 (паспорт PC 4524202) позволяет уменьшить потребление тока до 12-14 мА, при этом напряжение питания может быть от 2 до 4,5 в.

    Электронная удочка
    Рис. 1. Электрическая схема удочки

    Электрическая схема (рис. 1) размещена на плате из гетинакса размером 55x18x1,5 мм и монтируется в обклеенной пробкой дюралевой трубке внутренним диаметром 18 мм (рис. 2). Источники питания находятся внутри специального каркаса; контакты - один неподвижный, другой подвижный - на пружине.

    Реле, монтажная плата с бобышками, аккумуляторы, переменный резистор и задняя крышка представляют собой одно целое, причем реле, монтажная плата и бобышки между собой склеены. Конус и корпус тоже склеены.

    Такая конструкция облегчит ремонт удочки и замену или подзарядку аккумуляторов.

    Электронная удочка
    Рис. 2. Конструкция удочки: 1 - конус (дерево); 2 - корпус (пробка); 3 - трубка 20x18 мм, длина - 126 мм (дюраль); 5 - пружина (стальная проволока, d=0,5 мм); 6 - аккумуляторы Д-02; 7 - втулка (гетинакс или текстолит): 8 - крышка (дерево); 9 - ручка переменного резистора; 10 - переменный резистор СПО, 51 к; 11 - штифт М3; 12 - контакт (бронзовая пластинка); 13 - трубка (гетинакс); 14 - контакт (латунь); 15 - бобышка (гетинакс): 16 - монтажная плата; 17 - бобышка (гетинакс); 18 - реле РЭС-9; 19 - втулка (латунь); 20 - хлыстик.

    Автор: В.Окунев

    Окунь и другая рыба охотнее берет приманку, если леску с крючком часто подергивать. Но рукой дергать леску с частотой 200-300 колебаний в минуту невозможно, да и медленнее утомительно - устает рука.

    Показанная здесь электронная удочка дергается сама. В основе ее устройства - несимметричный мультивибратор, частота следования импульсов которого регулируется переменным резистором R1, а длительность импульсов- величиной емкости С1.

    Электронная удочка-мормышка

    Питание - 1-1,5 в. В качестве привода использовано реле тина РКМ с сопротивлением обмотки 2,4 ом. При отсутствии низкоомного реле можно обмотку любого реле перемотать проводом ПЭВ-1 0,41-0,44 до заполнения каркаса. С реле снимаются все контакты, используется только электромагнитная система. Пружину, поджимающую якорь, следует оставить.

    Источником питания служит один элемент от батареи карманного фонаря КБС-Л-0,5 или ФБС (ФМЦ).

    Электронная удочка-мормышка

    Детали удочки монтируются на гетинаксовой плате размером 20x60 мм и толщиной 1,5 мм, прикрепленной к основанию реле винтами.

    Электронная ловушка для насекомых представляет собой светильник на лампе дневного света, служащей приманкой для насекомых. Перед лампой натянута сетка из двух тонких металлических проводников, на которые подано высокое напряжение. Чтобы ловушка была безопасна для людей, снаружи на корпусе светильника натянута сетка из рыболовной лесы.

    Электронная ловушка для насекомых

    В этой ловушке применена лампа дневного света мощностью 20 Вт. Она включается в сеть через умножитель напряжения, собранный на диодах VI - V4 и конденсаторах С1-С4. Это позволило обойтись без стартера и дросселя - деталей, характерных для обычной схемы включения. Кроме того, для работы теперь пригодна даже лампа с перегоревшими нитями накала - свечение лампы возникает за счет высокого напряжения между ее электродами.

    Для получения высокого напряжения питания металлической сетки применен преобразователь, собранный на динисторе по схеме релаксационного генератора. Питается преобразователь от сети через выпрямитель на диодах V5 - V8. В моменты, когда конденсатор С5 заряжается до напряжения включения динистора (иначе говоря, напряжения пробоя его), через первичную обмотку трансформатора Т1 протекает импульс тока, а затем конденсатор начинает заряжаться вновь. Всего за секунду конденсатор успеет зарядиться и разрядиться около 1000 раз, то есть частота импульсов равна 1 кГц. С такой же частотой импульсы появляются на вторичной обмотке, но напряжение их достигает 1000 В - это напряжение и подается на металлические проводники сетки.

    Повышающий трансформатор намотан на ферритовом сердечнике от строчного трансформатора (ТВС) телевизора "Рекорд". Обмотка I содержит 20 витков провода ПЭВ-1 0 0,5 мм, обмотка II - 1300 витков провода ПЭВ-1 0,1.

    Конденсаторы C1, С2 - типа КСО-5; СЗ, С4 - МБГЧ на напряжение не ниже 400 В; С5 - МБМ на напряжение 500 В. Резисторы R1 и R2 мощностью не менее 15 Вт. Здесь удобно применить остеклованные резисторы типа ПЭВ, но подойдут и резисторы МЛТ-2,0 в параллельном соединении. Так, резистор R1 можно составить из восьми параллельно соединенных резисторов сопротивлением по 240 Ом, а R2 - из такого же числа резисторов сопротивлением по 12 кОм.

    Диоды Д226Б можно заменить другими выпрямительными диодами, рассчитанными на обратное напряжение не менее 400 В при токе до. 200 мА. При отсутствии динистора КН102Г подойдет КН102В или КН102Д, но при этом изменится частота импульсов генератора (в первом случае она увеличится, во втором уменьшится), и, кроме того, напряжение на сетке ловушки - оно упадет при использовании динистора КН102В и повысится с динистором КН102Д.

    Авторы: В.Баганов, Д.Лазарев, Б.Иванов

    Навигация

    Инструкции по эксплуатации

    Copyright © 2018 Электрические принципиальные схемы.